大气吸收损耗
07大气气体吸收损耗
第7章大气气体吸收损耗无线电波在地球大气中传播时，除通常的所谓自由空间扩散损耗之外，大气气体的分子还会吸收无线电波的能量，致使到达接收点的无线电信号产生额外的衰减。
我们把这种现象称之为大气吸收。
这种吸收在频率上是有选择性的，不同的大气气体成份具有不同的吸收和辐射谱线。
本章主要讨论氧气和水汽对无线电波能量的吸收与衰减。
7.1 大气成份组成地球大气的气体通常分为两种类型，一种是在大气中所占百分比例相对稳定的永久性气体，另一种是所占百分比例会随时间和地点发生变化的可变性气体。
永久性气体的主要成份有氮、氧、氩，永久性气体占大气总量的99.97%。
另外，由于大气不停的运动，永久性气体成份在大气总量中各自所占的比例直到90公里的高度上都保持一致。
可变性气体主要有二氧化碳、水汽、臭氧，它们所占比例虽然很低，但并不是不重要。
各种气体成份在大气总量中所占的百分比例如表7.1所示[]。
表7.1大气气体成份类别气体成份分子量体积百分比,%永久性气体氮,N2 28.134 78.084 氧,O231.9988 20.948 氩,Ar39.948 0.934 氖,Ne20.183 18.18×10－4 氦,He 4.003 5.2×10－4氪,Kr83.80 1.1×10－4氙,Xe131.30 0.09×10－4氢,H2 2.016 0.5×10－4甲烷,CH417.034 2.0×10－4可变性气体二氧化碳，CO2 44.01 320×10－4臭氧，O3 47.998地面：0～0.07×10－420～30km：1×10－4～3×10－4水汽，H2O 18.15 0～2水汽主要存在于贴近地面的低层大气。
水汽所占比例随季节和地区有很大的差别，但其含量一般不会超过大气总量的4％。
在海洋和低纬度地区，在夏天，空气中的水汽含量很高；在远离水源的高纬度地区，在干旱沙漠地区，在冬天，大气中的水汽含量就很少。
5G传播损耗及链路预算
5G传播损耗及链路预算随着5G技术的不断发展，基站之间的链路传输成为5G网络中的一个重要环节。
在基站之间传输信号时，信号的传输损耗是不可避免的。
了解5G传播损耗及链路预算，有助于优化网络性能，确保信号稳定传输。
一、5G传播损耗信号在传输过程中会受到多种因素的影响，导致信号损耗。
主要包括自由空间损耗、大气损耗、多径效应和其他阴影损耗。
1. 自由空间损耗自由空间损耗是信号在传输过程中由于距离增加而导致的信号衰减。
按照自由空间传输原理，信号在传输时，会随着距离的增加而呈现出一定的衰减规律。
这种损耗与距离的平方成正比，即L ∝ d^2，L为自由空间损耗，d为传输距离。
这意味着信号的传输距离越远，损耗越大。
2. 大气损耗大气损耗是指信号在传输过程中由于大气对信号的吸收和散射而导致的损耗。
大气中的水汽、雾、雨等都会对信号的传输产生一定的影响，使信号受到吸收和散射，导致信号损耗增加。
大气损耗与频率、大气湿度、降水情况等因素有关。
3. 多径效应多径效应是5G传输中一个重要的信号损耗因素。
在移动通信中，由于信号在传输过程中可能存在多个传播路径，而这些路径的长度差异导致了传输的相位差，因而导致了信号的混叠和损耗。
多径效应会导致信号受到干扰，降低信号的质量和稳定性。
4. 其他阴影损耗二、链路预算为了确保5G网络的性能稳定，需要对基站之间的链路进行预算，以确定信号传输的质量和稳定性。
链路预算主要包括路径损耗预算、功率预算和频率选择。
1. 路径损耗预算路径损耗预算是指对基站之间传输信号的损耗进行预估和计算，以确定信号传输的稳定性和可靠性。
在路径损耗预算中，需要考虑自由空间损耗、大气损耗、多径效应和其他阴影损耗等因素，综合计算出信号的预期损耗。
根据预算结果，可以对信号传输进行合理规划和优化，以确保网络性能。
2. 功率预算3. 频率选择频率选择是指在基站之间传输信号时，选择适当的频率进行传输，以最大限度地降低信号的损耗。
在频率选择中，需要综合考虑信道的特性、干扰情况、地区环境等因素，选择合适的频率进行传输。
大气吸收作用
大气吸收作用
大气吸收作用是指太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收，从而导致辐射能量的衰减。
在紫外、红外及微波波段，大气吸收是引起电磁辐射能量衰减的主要原因。
臭氧、二氧化碳和水汽是三种最主要的吸收太阳辐射能量的大气成分。
瑞利散射的强度与波长的四次方成反比，波长越短散射越强。
当大气粒子的直径约等于入射波长时，出现米氏散射。
米氏散射是由大气中的尘埃、花粉、烟雾、水汽等气溶胶引起的，与瑞利散射相比，这种散射通常会影响比可见光更长的红外线波段。
当大气粒子的直径远大于入射波长时，出现无选择性散射。
大气中的水滴、大的尘埃粒子所引起的散射多属无选择性散射。
辐射指的是由场源发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度（-273.15摄氏度）以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。
辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。
物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。
辐射按伦琴 /小时(R)计算。
辐射有一个重要特点，就是它是“对等的”。
不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同
时乙也可向甲辐射。
一般普遍将这个名词用在电离辐射。
辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。
大气损耗
ITU-R P.676-6建议书修订草案无线电波在大气气体中的衰减(ITU-R 201/3号研究课题)（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005）国际电联无线电通信全会，考虑到a）评估无线电波在地球表面和倾斜路径由于大气气体造成衰减的必要性，建议1对于一般应用，最高至1000 GHz频率上，应采用附件1中的方法来计算大气气体造成的衰减（MA TLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350 GHz频率范围，应采用附件2中计算强度比较小的方法计算大气气体造成衰减的近似值。
附件 1逐线计算无线电波在大气气体中的衰减1 特征衰减最高至1 000 GHz频率上的无线电波在大气中的特征衰减主要由于干燥空气和水汽所造成。
在任何压力、任何温度和任何湿度下，采用累加氧气和水汽各自谐振线的方法，可以相当准确地计算无线电波在大气气体中的特征衰减。
这一方法同时也考虑了一些其他相对影响较小的因素，如10 GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100 GHz以上的主要由大气压力造成的氮气衰减和计算实验上发现的过多水汽吸收的潮湿连续带。
下图1给出了在气压1013 hPa、温度15 ℃、水汽密度为7.5 g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线 B）两种情况下，0-1000 GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1 GHz）。
图2详细给出了在60 GHz附近频率，在海平面的大气压力作用下，许多氧气吸收线合并形成一个宽的吸收带。
该图也表明：在更高的高度上的氧气衰减，其各线在更低的压力上变得清晰。
附件2中列出了在有限的气象条件下的简化算法，在不需要特别高的准确性时，该方法可以快速和近似地计算最高到350 GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性。
图1由于大气气体造成的无线电波的衰减率，以1 G H z 为步长，包括线中心（标准：7.5 g /m 3；干燥：0 g /m 3）图2在50-70 G H z 频带内所示高度区的衰减率（0 k m ，5 k m ，10 k m ，15 k m 和 20 k m ）特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km )(1820.0f "N f w o =γ+γ=γ （1）其中：γo （单位dB/km ）是干燥空气条件下的特征衰减（仅指氧气条件下，由于大气压力造成的氮和非谐振Debye 衰减）。
对流层散射通信新应用韩飞1曹合修1冯强2
对流层散射通信新应用韩飞1 曹合修1 冯强2发布时间：2023-06-15T03:47:43.067Z 来源：《中国电业与能源》2023年7期作者：韩飞1 曹合修1 冯强2 [导读] 对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
1.66736部队；2.92146部队摘要：对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
关键词：对流层散射；信道特性；损耗分析；应用对策对比其他的通信方式，对流层散射通信要具有更为明显的优势，具体表现在抗毁能力强、保密性能好以及通信距离远等方面，但在实际通信传播过程中也会产生相应的损耗，因此需要明确损耗影响因素，并采取有效的应用对策，以此来发挥出对流层散射通信优势。
一、散射通信特点在对流散射信道当中，有着电波多径传播现象存在。
对于多径传播，其所产生的衰落均为快衰落。
在对流层散射信道上，不仅有着快衰落，信号电平中值的慢起伏较长，因此也将其称之为慢衰落。
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究文章分析了大气吸收对毫米波测量雷达散射截面（RCS）测量精度的影响。
根据试验场气象参数，建立了毫米波雷达大气吸收衰减工程模型，并对标准金属球实测数据进行了大气吸收衰减修正。
数据处理结果表明，该工程模型简单、可靠，能有效提高外场RCS测量精度。
标签：毫米波；大气吸收；RCS动态测量1 概述在电磁波作用下，大气中氧气和水蒸气分子会吸收电磁波能量而产生能级跃迁，将电磁波能量转变为分子内能，在其固有频率上对电磁波产生吸收衰减[1]。
在毫米波雷达外场RCS动态测量任务中，大气衰减严重，不同气象条件下的毫米波大气衰减存在明显的差异，这种差异严重影响了毫米波RCS测量精度[2]。
为提高RCS测量数据的可靠性，必须对毫米波大气衰减进行修正，以得到目标实际的RCS反射特性。
对流层吸收衰减计算公式复杂，为便于工程应用，提高数据处理效率，建立毫米波吸收衰减工程模型也是亟待解决的问题。
2 大气吸收衰减计算模型2.1 水蒸气吸收系数在0.1～1000GHz频段存在水蒸气分子的选择性吸收谱线，分别由22.235GHz和100GHz以上的谐振引起，对应的吸收系数分别记为？酌22和？酌res。
计算模型[2]-[4]如下：式中，f为频率（GHz），T为大气绝对温度（K）；pw为水蒸气的分压力（torr）；p为大气压力（Hpa）；？籽为水蒸气密度（g/m3），F为谐振线的形状系数。
2.2 氧气吸收系数氧气无固定的电偶极矩，无选择性吸收谱线。
在气压作用下，压致增宽形成中心在60GHz和118.75GHz附近的吸收带。
文章的氧气分子吸收模型考虑了40GHz～140GHz频段内44条氧气吸收谱线的贡献。
氧气吸收系数计算模型[4]如下：式中，C=2.0058。
系数AN由旋转量子数N、谐振线外形系数和非谐振分量共同确定。
2.3 折射分层大气吸收衰减计算模型电磁波在对流层传播过程中产生的总吸收系数为：由于大气是非均匀的，电磁波在大气中传播时折射指数随高度增加而变化。
2023一建《通信》真题及答案
1.维护监控系统在通信网中属于（）。
A.信令网B.同步网C.管理网D.业务网【参考答案】C【解析】P8 管理网主要包括：网络管理系统、维护监控系统等，由操作系统、工作站、数据通信网、网元组成。
网元指网络中的设备，可以是交换设备、传输设备、交叉连接设备、信令设备。
2.在移动通信（）阶段，核心网引入了SDN 和NFV 网络技术。
A.2.5GB.3GC.4GD.5G【参考答案】D【解析】P57 5G 网络架构将引入全新的网络技术，SDN、NFV 将成为5G 网络的重要特征。
3.下列接入网传输速率图示，正确的是（）。
【参考答案】A【解析】P121.高速率数字用户线(HDSL）技术采用了回波抵消和自适应均衡技术，延长基群信号传输距离。
系统具有较强的抗干扰能力，对用户线路的质量差异有较强的适应性。
2.不对称数字用户线(ADSL）技术可以在一对普通电话线上传送电话业务的同时，向用户单向提供 1.5～6 Mbit/s 速率的业务，并带有反向低速数字控制信道，而且ADSL 的不对称结构避免了HDSL 方式的近端串音，从而延长了用户线的通信距离。
14.关于互联网协议的说法，正确的是（）。
A.IPv4 使用的路由表长度较小B.IPv6 支持自动配置使得网络管理更方便C.IPv4 地址长度比IPv6 更长D.IPv6 使用子网划分地址块切碎技术提高地址数量【参考答案】B【解析】P18（1）IPv6 具有充足的地址空间。
IPv6 中IP 地址的长度为 128 位。
理论上可以提供的地址数比 IPv4 多296 倍。
（2）IPv6 使用更小的路由表：遵循聚类原则，可以路由表中用一条记录表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
（3）IPv6 增加了增强的组播支持以及对流的控制。
（4）IPv6 加入了对自动配置的支持。
（5）IPv6 具有更高的安全性。
5.关于光传输网特点的说法，正确的是（）。
海上通信信道模型
海上通信信道模型摘 要 海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。
本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab 进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。
关键词 海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。
首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。
同时，传播余隙增大，增加了电波反射。
并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很小，在微波波段内反射系数就比较大。
这样反射波的影响也比在陆地上大。
本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。
2 信道传播特性 2.1 自由空间传播损耗在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参考文献可知自由空间传播损耗p L 为：d f L p lg 20lg 2045.32++= (1) 式中，f 为工作频率（MHz ），d 为收发天线之间的距离（km ）。
图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。
2.2 海面反射传播损耗目前，在移动通信的海面传播损耗预测中，一般都把海面的电波视作自由空间传播，这与实际情况有较大的误差。
因为，在海面上接收的信号除了直接的视距信号外，还有海面反射信号。
地球是个球体，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此电波通过海面的反射，实际上是光滑球面对电波的反射。
总的接收信号应是直射与海面反射的合成信号。
太赫兹大气衰减-概述说明以及解释
太赫兹大气衰减-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：太赫兹波段作为电磁波谱中的一个重要频段，具有巨大的潜力和应用前景。
然而，由于地球大气对太赫兹波段的很高吸收和散射，导致太赫兹信号在传输过程中受到严重的衰减。
大气衰减是制约太赫兹技术应用的一个关键问题，也是当前太赫兹研究面临的挑战之一。
本文将系统探讨太赫兹大气衰减的机制、影响以及应对措施，旨在深入了解太赫兹波段的特性，为克服大气衰减问题提供理论基础和实践指导。
1.2 文章结构文章结构部分应包括关于整篇文章的组织安排和主要内容提要。
在这篇关于太赫兹大气衰减的文章中，文章结构可以简要描述如下：本文分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分将首先概述太赫兹波段和大气衰减的背景以及重要性。
接着介绍文章的结构，即本文将主要讨论太赫兹大气衰减的影响，大气对太赫兹波段的影响以及大气衰减的机制。
正文部分将具体分为三个小节：太赫兹波段介绍、大气对太赫兹波段的影响以及大气衰减机制。
每个小节将详细解释这些内容，并提供相关的实例和研究结果来支持论点。
结论部分将总结太赫兹大气衰减的影响，讨论如何应对太赫兹大气衰减的措施，并展望未来研究方向。
这部分将对整篇文章的主要内容进行概括和总结，为读者提供对太赫兹大气衰减问题的深入思考和启发。
通过清晰地展示文章的结构，读者可以更容易地理解整篇文章的主要内容和论点，增强文章的逻辑性和连贯性，提高读者对文章的阅读和理解。
1.3 目的本文的主要目的是探讨太赫兹波段在大气中的衰减现象。
通过深入分析太赫兹波段的特性和大气对其影响的原因，我们希望能够更好地了解大气衰减对太赫兹通信和传感应用的影响。
同时，我们将介绍目前针对太赫兹大气衰减问题的解决方案和未来的研究方向，以期为太赫兹技术的发展提供有益的参考和启示。
通过本文的研究，我们希望能够为太赫兹技术在通信、生物医学、安全检测等领域的应用提供更好的支持和指导。
2.正文2.1 太赫兹波段介绍太赫兹波段位于微波和红外之间，波长范围从0.1毫米到1毫米，对应频率范围从300 GHz到3 THz。
大气衰减曲线 lidar
大气衰减曲线lidar-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在概述部分，我们将介绍大气衰减曲线以及其在激光雷达（lidar）领域的应用。
大气衰减曲线是描述大气对激光束传输的能量损耗情况的曲线，它展示了激光束在大气中传播时遇到的各种损耗。
这些损耗包括散射、吸收、反射和折射等。
虽然激光束在传播过程中会受到这些损耗的影响，但我们可以通过大气衰减曲线来了解并补偿这些损耗。
大气衰减曲线在激光雷达技术中起着至关重要的作用。
激光雷达是一种使用激光束来测量目标和环境的距离和其他属性的技术。
通过发射激光束并接收其回波，激光雷达可以计算出目标的距离和速度等信息。
然而，由于大气条件的变化，激光束会受到一定程度的衰减影响，这可能导致测量结果的不准确性。
为了解决这个问题，研究人员利用大气衰减曲线来纠正激光雷达的测量结果。
通过事先了解大气衰减曲线的特性，可以根据激光传输路径上的大气条件来计算修正系数，从而准确地估计出目标的属性。
这使得激光雷达在各种气候条件下都能够获得准确的测量结果。
在本文中，我们将详细介绍大气衰减曲线的原理和计算方法，并探讨其在激光雷达技术中的应用。
我们将重点讨论大气衰减对激光束能量的影响以及如何通过大气衰减曲线来修正测量误差。
此外，我们还将讨论大气条件对激光雷达性能的影响，并提出一些未来的研究方向。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解大气衰减曲线在激光雷达领域的重要性和应用价值，并能够应用相关知识进行激光雷达的数据处理和分析。
1.2 文章结构文章结构是指文章整体的布局和组织方式。
它决定了文章各个部分在整体中的位置和重要性，以及它们之间的逻辑关系。
本文的文章结构如下所示：第一部分是引言。
在引言中，我们将简要地介绍大气衰减曲线lidar 这个主题，并说明为什么它的研究很重要。
同时，我们还将概述整篇文章的结构，在此之后，我们会介绍文章的目的。
第二部分是正文。
正文部分是整篇文章最主要的部分，用来详细阐述相关内容。
大气损耗
ITU-R P.676-6建议书修订草案无线电波在大气气体中的衰减(ITU-R 201/3号研究课题)（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005）国际电联无线电通信全会，考虑到a）评估无线电波在地球表面和倾斜路径由于大气气体造成衰减的必要性，建议1对于一般应用，最高至1000 GHz频率上，应采用附件1中的方法来计算大气气体造成的衰减（MA TLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350 GHz频率范围，应采用附件2中计算强度比较小的方法计算大气气体造成衰减的近似值。
附件 1逐线计算无线电波在大气气体中的衰减1 特征衰减最高至1 000 GHz频率上的无线电波在大气中的特征衰减主要由于干燥空气和水汽所造成。
在任何压力、任何温度和任何湿度下，采用累加氧气和水汽各自谐振线的方法，可以相当准确地计算无线电波在大气气体中的特征衰减。
这一方法同时也考虑了一些其他相对影响较小的因素，如10 GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100 GHz以上的主要由大气压力造成的氮气衰减和计算实验上发现的过多水汽吸收的潮湿连续带。
下图1给出了在气压1013 hPa、温度15 ℃、水汽密度为7.5 g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线 B）两种情况下，0-1000 GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1 GHz）。
图2详细给出了在60 GHz附近频率，在海平面的大气压力作用下，许多氧气吸收线合并形成一个宽的吸收带。
该图也表明：在更高的高度上的氧气衰减，其各线在更低的压力上变得清晰。
附件2中列出了在有限的气象条件下的简化算法，在不需要特别高的准确性时，该方法可以快速和近似地计算最高到350 GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性。
图1由于大气气体造成的无线电波的衰减率，以1 G H z 为步长，包括线中心（标准：7.5 g /m 3；干燥：0 g /m 3）图2在50-70 G H z 频带内所示高度区的衰减率（0 k m ，5 k m ，10 k m ，15 k m 和 20 k m ）特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km )(1820.0f "N f w o =γ+γ=γ （1）其中：γo （单位dB/km ）是干燥空气条件下的特征衰减（仅指氧气条件下，由于大气压力造成的氮和非谐振Debye 衰减）。
激光大气传输吸收衰减效应研究讲解
第36卷第3期2008年5月河南师范大学学报(自然科学版J ournal of Henan N ormal Universit y(N atural ScienceV ol.36N o.3M ay.2008文章编号:1000-2367(200803-0056-03激光大气传输吸收衰减效应研究时建群1,魏山城2,韩雪云2,周晓艳2(1.安阳师范学院物理系,河南安阳455000;2.河南师范大学物理与信息工程学院,河南新乡453007摘要:大气随机信道对激光传输性能的影响是制约激光通信的重要因素之一,因此开展对大气信道的研究对实现激光通信的实用化具有非常重要的意义.通过研究,给出了激光在大气中传输吸收损耗实用计算的数学模型,并经过仿真计算,得到了一些有益结论,并以此提出了激光通信设计时的一些相应的解决途径.关键词:激光;光通信;大气吸收;损耗中图分类号:TN012文献标识码:A激光因其独特的性质,在众多领域都得到了广泛的应用,尤其是在通信领域.由于激光通信系统具有通信容量大、传输码率高、保密性能好等诸多优点,与其它通信手段相比,是目前大容量空间通信最具竞争力的解决方案.大气激光通信又称为无线光通信,它是以光波为载体,在大气中传递信息的通信技术.由于大气信道是随机的,激光在通过大气信道传输时会产生大气衰减效应及大气湍流效应,从而造成光束的弯曲、闪烁、漂移、扩展、畸变及光能损失等现象.因此研究大气信道的大气衰减效应和大气湍流效应对于提高无线光通信系统性能具有重要意义.本文主要对激光在大气中的吸收衰减特性进行研究,给出实用的大气吸收衰减计算方法,为无线激光通信系统设计提供依据.1激光在大气信道中的吸收衰减特性当激光在大气中传播时,由于大气中存在着各种气体分子和微粒,如尘埃、烟雾以及刮风,下雨,下雪等气象现象,使部分能量因散射而偏离原来的传播方向(即辐射能量在空间重新分配,部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量(如热能等.大气对激光引起的吸收衰减主要有大气分子吸收和大气气溶胶吸收.相应的大气吸收衰减系数由两项组成[1]:α(λ=αm(λ+αn(λ,(1式中,αm(λ为大气分子吸收引起的衰减系数,αn(λ为气溶胶吸收引起的衰减系数.1.1大气分子吸收大气分子的吸收是将光辐射能量转换成大气组成分子的运动[2,3].吸收能量的衰减与激光束的波长密切相关,在可见光波段和1.06μm波长,大气分子的吸收可以忽略,但对10.6μm波长,大气分子吸收的影响最为严重.图1所示的大气窗口为0.72~15μm,但这只是一种粗略的说法[4].大气分子的吸收还与海拔高度有关[5,6],因为越接近地面(几千米,水蒸汽的浓度越大,水蒸汽吸收的能量也越大,如图2所示.1.2气溶胶吸收大气气溶胶是指极其细小悬浮在空气中缓慢下落的的固体或液体小颗粒(冰,尘埃,烟等.它们的尺寸介于10-2~100μm,如雾,尘埃,海浪的飞沫都是这种浮质.气溶胶的化学性质,大小和浓度影响大气的衰减状况.收稿日期:2007-09-11基金项目:国家自然科学基金(HSFC#10674042作者简介:时建群(1953-,男,河南内乡人,安阳师范学院讲师,主要从事基础物理研究.大气气溶胶衰减系数由微粒吸收决定αn (λ=105∫∞0Q a 2πr λ,n ″・πr 2d N (r d r d r (km -1,(2式中λ为波长(μm ;d N (r /d r 为每单位体积分布的微粒尺寸(cm -4;n ″指所研究的微粒的虚构的折射率;r 是微粒半径(cm ;Qa (2πr /λ,n ″是给定微粒的吸收截面.M IE 理论[7]证明,在可见光和红外线附近,虚构的折射率是极小的,在大气衰减激计算中可以忽略不计.在远离红外线的情况下,虚构的那部分折射率必须考虑在内.2大气吸收衰减模型有关氧和水蒸汽吸收系数的计算采用文献[8]给出的数学模型:(1氧的吸收系数α0(f ,p ,T =2.0058×10-2p T 3f 2∑45N =1A N ;(3(2水蒸气的吸收系数αw (f ,p ,T =1.9014×10-5f p w 300T 7/2exp 2.1441-300T F ;(4与αw (res (f ,p ,T =7.347×10-5ρp T 5/2f 2.(5式中p 为大气压强;T 为大气绝对温度;f 为频率;p w 为水蒸汽的分压;A N ,p w 和F 的计算见文献[8].实际上,采用标准大气模型时,对流层中的大气压强p ,温度T 及水蒸汽含量是随高度变化的,当重力势高度h g Φ11km 时[9]T =288.16-6.5h g ,p =101325×T 288.165.2561222,(6式中h g 与几何高度的关系为h g =R e h/(R e +h ;R e 为地球半径.大气分子总的吸收系数αm 可由氧和水蒸汽吸收系数线性叠加(按分贝数得到,而在大气中沿一条路径传播的光波的总吸收可以在整条传输路径上对α(h 进行积分得到.考虑到大气对光波传播的折射效应,需要在大气中对传输路径进行追踪.单程大气吸收损失αabs 的计算公式为αabs =∫h 1h 0α(h sin θd h ,(7式中h 0为光射线初始点高度;h 1为射线终点高度;θ为射线上某点高度为h 的射线仰角.3仿真与分析利用上边给出的数学模型,针对激光通信常用的几个波段,选取了0.83μm 、1.06μm 、3.80μm 、10.59μm 4个波段进行了大气吸收衰减的仿真计算,结果见图3.由图3可知:①在相同仰角相同海拔高度的情况下,波长越长,受到的大气衰减越小.因此,仅从这个角度来讲,光通信采用长波长效果较好;②对相同波长相同仰角的激光来讲,传输受到的大气衰减随海拔高度的增加而减小;③通过分析,在相同波长相同海拔高度处,仰角越大,受到的大气衰减越小.因此,在建立空-地通信链路时,应尽量不采用通信光束低仰角甚至水平路程传输方式;④系统在传输相同距离情况下,在传75第2期时建群等:激光大气传输吸收衰减效应研究输信道上所产生的功率衰减不同,对系统误码率的影响也不同.参考文献[1]徐娟.大气的光散射特性及大气对散射光偏振态的影响[D ].南京:南京信息工程大学,2005.[2]邹进上,刘长盛,刘文保.大气物理基础[M ].北京:气象出版社,1982:293-314.[3]曹百灵,邬承就,魏合理,等.碘激光的大气衰减特性[J ].光学学报,2003,23(4:496-500.[4]许春玉,谢德林,杨虎.激光大气传输透过率的分析[J ].光电工程,1999,26:7-11.[5]Robert Meneghini ,Toshio Iguchi.Ground 2to 2Space Optical Power Transfer[J ].SPIE ,1999,2120:108-117.[6]李现勤,程兆谷,蒋金波,等.激光束在大气中长距离传输聚焦特性的研究[J ].光学学报,2001,21(3:324-329.[7]Brain R Strickland ,Michael J Lavan ,Eric Woodbridge ,et al.Effect s of fog on t he bit 2error rate of a free 2space laser communication sys 2tem[J ].Applied Optics ,1999,38(3:424-431.[8]Blake L V.Rader Range 2Performance Analysis [R ].New Y ork :D C Heat h and Company ,1980.[9]孙景群.激光大气探测[M ].北京:科学出版社,1982.Practicality C alculation Method of Laser T ransmittingAbsorption Loss in AtmosphereSH I Jian 2qun 1,WEI Shan 2cheng 2,HAN Xue 2yun 2,ZHOU Xiao 2yan 2(1.Physics Deparment ,Anyang Teachers College ,Anyang 453000,China ;2.College of Physics &InformationEngineering ,Henan Normal University ,Xinxiang 453007,ChinaAbstract :The effect of atmospheric random channel to the laser propagation characteristics is one of the important fac 2tors which restrict lasercommunication.Therefore ,developing to the atmospheric channel research has the extremely vital sig 2nificance to realize laser communications.Through research ,arrives a practicality calculation method of laser transmitting ab 2sorption loss in atmosphere.Through emulation calculation ,some profitable conclusion is gained.Some corresponding solve paths in laser communications design have been found.K ey w ords :laser ;optical communication ;atmospheric absorption ;loss 85河南师范大学学报(自然科学版2008年。
电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌
电磁波在传播中的大气气体吸收衰减薛成斌发布时间：2023-06-24T01:52:34.717Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：薛成斌[导读] 电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。
大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。
在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。
其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。
而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。
这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。
针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。
同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。
中国电子科技集团公司第二十二研究所重庆 404100摘要：电磁波在传播过程中会受到大气气体吸收衰减的影响，这是由于大气分子中的自由电子和极化效应导致的。
大气气体的吸收率与电磁波的频率相关，高频电磁波比低频电磁波更易被大气气体吸收。
在可见光范围内，大气气体主要吸收紫外线和红外线，而对于无线电信号等高频电磁波来说，水汽、氧气和二氧化碳是吸收的主要因素。
其中，水汽对微波信号的吸收最强，尤其是在雨天或雾天时，会严重影响无线电信号的传输距离和质量。
而在较高频率的毫米波段，氧气和二氧化碳则是主要的吸收因素。
这也是为什么毫米波通信需要更密集的基站布设以保证信号的稳定性和可靠性。
针对大气气体吸收衰减的影响，在实际的通信应用中可以采取一些措施，例如选择合适的频段、增加信号功率、优化天线设计等。
同时，也可以通过使用通信卫星等技术来规避大气气体吸收衰减对信号传输的影响。
关键词：电磁波；传播；大气；气体一、引言电磁波是一种具有波动性质和电磁性质的物理现象，其在自由空间中传播时会受到各种因素的影响。
ku波段 大气损耗
ku波段大气损耗
大气损耗是指电波在传播过程中，由于大气分子的散射和吸收而产生的能量损失。
对于Ku波段（12-18 GHz）的电磁波，大气损耗主要来自于雨滴散射和气体吸收。
在Ku波段，大气中的水汽会对电磁波产生明显的散射和吸收作用。
其中，主要的损耗机制有：
1. 雨滴散射：当电磁波与雨滴相互作用时，会发生散射现象，导致部分能量改变方向并离开传播路径。
这种散射会导致信号衰减和传播路径的损失。
2. 水汽吸收：大气中的水汽分子对电磁波具有吸收特性，尤其在Ku波段，水汽对电磁波有较强的吸收能力。
水汽分子吸收电磁波的能量会导致信号衰减和传播路径的损失。
此外，大气中的其他气体分子，如氧气和氮气，也会对电磁波产生一定的吸收作用，但相对于水汽，它们对Ku波段的损耗较小。
总之，Ku波段的大气损耗主要来自雨滴散射和水汽吸收，这些损耗会导致电波在传播过程中的衰减和路径的能量损失。
在Ku波段通信系统设计和传播计算中，需要考虑和补偿这些大气损耗，以确保有效的信号传输和通信质量。
呼吸损耗名词解释
呼吸损耗名词解释
呼吸损耗：
分为小呼吸损耗和大呼吸损耗。
（1）小呼吸损耗：指容器内气体空间温度变化而产生的损耗。
当油罐在没有收发作业时，油罐体受太阳光的辐射和周围天气温度上升影响，罐主体温度升高，罐内气体空间温度与油品温度也升高，导至油蒸气大量蒸发。
油罐内气体空间压力不断增加，上升的温度也使油气压强升高，当增大到一定值时混合气体顶开呼吸阀排到大气中，寻找压力平衡。
当排气后，压强减小，呼吸阀关闭，如果温度还在上升，这样的排气过程还将重复。
从日出到下午三点油罐是向外排气阶段，这时呼吸阀是跳动着工作的。
（2）大呼吸损耗：指油罐在收油、发油作业时，罐内气体空间体积改变而产生的损耗。
原因及过程：
油罐收油时，油面升高，压缩上部的气体，使气体压力升高，当压强增大到一定值时，顶开呼吸阀，使罐内混分气体排出罐外。
一般收进多少体积的油品，就要排出大致相同体积的混合气体。
油罐发油时，油面下降，气体空间压力下降，压强减少，当降到一定值时，罐外大气压强冲开真空阀，大量新空气收入罐内，补充油面下降而增大的空间体积，吸入的大量空气使罐内油蒸气的浓度降至很低，这样又加剧了油品的蒸发。
海上通信信道模型
海上通信信道模型摘 要 海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。
本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab 进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。
关键词 海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。
首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。
同时，传播余隙增大，增加了电波反射。
并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很小，在微波波段内反射系数就比较大。
这样反射波的影响也比在陆地上大。
本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。
2 信道传播特性 2.1 自由空间传播损耗在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参考文献可知自由空间传播损耗p L 为：d f L p lg 20lg 2045.32++= (1)式中，f为工作频率（MHz），d为收发天线之间的距离（km）。
图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。
2.2 海面反射传播损耗目前，在移动通信的海面传播损耗预测中，一般都把海面的电波视作自由空间传播，这与实际情况有较大的误差。
因为，在海面上接收的信号除了直接的视距信号外，还有海面反射信号。
地球是个球体，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此电波通过海面的反射，实际上是光滑球面对电波的反射。
总的接收信号应是直射与海面反射的合成信号。
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大气吸收损耗是指大气对电磁波的吸收作用导致的信号衰减。
这种衰减主要发生在无线电通信、卫星通信和光学通信等领域。
大气吸收损耗的主要原因是大气中的气体分子、水汽和氧气等对电磁波的吸收。
对于不同频率的电磁波，大气吸收损耗的表现也有所不同。
例如，在无线电通信和卫星通信中，大气吸收损耗主要集中在60GHz附近的氧气吸收谱线；而在红外区域和亚毫米波频段，大气压力造成的氮气衰减以及潮湿天气中过多水汽吸收等因素也会导致较大的损耗。
此外，光纤通信中的光吸收损耗也是一个重要问题。
光纤中的光吸收损耗主要由材料本身的性质和光波的频率决定。
在光纤中，石英光纤的损耗较小，但红外光在光纤中的损耗较大，这是因为红外光的频率较低，不易被光纤材料吸收。